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1、热烈欢迎青海省成都至香日德公路的业主领导！,高原高寒地区隧道 施工通风技术,郑国平,上海同岩土木工程科技有限公司 浙江工业大学建筑工程学院,2013.11.19，同济园,讲座提纲,一、隧道通风的原因和目的,一、隧道通风的原因和目的,二、施工规范对作业环境的要求,空气中的氧气含量在作业过程中始终保持在19.5%以上。严禁用纯氧进行通风换气。 空气中的一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NO2）等有害气体浓度必须符合表13.0.1-1规定。 空气中的粉尘浓度应符合表13.0.1-2规定。 隧道内气温不得高于28。 隧道内噪声不得大于90dB。 隧道施工通风应能提供洞内各项作业所需的最小
2、风量，每人应供应新鲜空气3m3/min，采用内燃机械作业时，供风量不宜小于4.5m3/（minkw）。全断面开挖时风速不应小于0.15m/s，导洞内不应小于0.25m/s，但均不应大于6m/s。,表13.0.1-1,表13.0.1-2,表13.0.1-2（续）,表13.0.1-2（续）,表13.0.1-2（续）,二、施工规范对作业环境的要求,对瓦斯隧道的特殊要求（1）编制全隧道和各工区的施工通风设计文件，并考虑工区贯通后的风流调整和防爆要求。 （2） 应建立瓦斯通风、监控、检测的组织机构，系统地测定瓦斯浓度、风量风速及气象等参数。 （3） 高瓦斯工区的施工通风宜采用巷道式。瓦斯隧道各掘进工作面
3、必须独立通风，严禁任何两个工作面之间串联通风。,二、施工规范对作业环境的要求,对瓦斯隧道的特殊要求 （4）按瓦斯绝对涌出量计算的通风，应将洞内各处的瓦斯浓度稀释到0.5% 以下；巷道式通风的回风道内瓦斯浓度应小于0.75% 。 （5）防止瓦斯聚积的风速不宜小于1m/s。对瓦斯易聚积处应实施局部通风。 （6）施工期间应连续通风。因故障原因停风时，必须撤出人员、切断电源。恢复通风前，必须检测瓦斯浓度，符合规定后才可启动机器。 （7）瓦斯工区的通风机应设两路电源，电源的切换应在15 min内完成，保证风机正常运转；必须有一套同等性能备用通风机，并保持良好的使用状态。 （8）应采用抗静电、阻燃的风管。
4、,三、目前常用的通风方式和方法,压入式通风,特点：应用范围广，目前国内隧道施工中依靠独头压入式通风在3km独头掘进距离上依然可以保证隧道内的空气质量。 优点：风流直接清洗工作面；安全性好；阻力小；通风距离长；初期投入少； 缺点：易漏风；污染环境；排烟时间长。,抽出式通风,特点：抽出式通风依靠风机将洞内的污浊空气抽走，洞内形成负压，洞内外空气在压差的情况下产生流动。 优点：无需设置风门；便于运输、行人；洞内环境好。 缺点：安全性差；通风距离短；洞内噪音大；接长困难。,巷道式通风,说明：在煤矿系统中应用较多，要求有导坑、相邻隧道用作回风巷。通风所需能耗最小。,巷道式通风,大瑶山隧道进口主扇巷道式,
5、巷道式通风,圆梁山隧道射流巷道式,混合式通风,特点：通风能力强，效果佳；作业环境好；设备多，管理困难。,竖（斜）井通风,几种辅助通风措施,局扇：用于局部风流死角的空气混合，使局部风速增加，防止有害气体集聚。 射流风机：克服局部风阻，引导风流方向，有局扇的部分功能。 引射器；水力引射器、空气引射器。 高压风。,国内特长隧道施工通风方案实例,（1）大瑶山隧道 全长10081米，三工区同时施工，其中进口工区承担了3910米的正洞施工任务。在隧道进口端距左线50m处的线路右侧设置一座平行导坑，长2268m。 通风方式为：进口正洞与平导洞在贯通之前采用压入式通风，贯通后采用巷道式通风。其最长的管道压入式
6、通风长度约2000m。,国内特长隧道施工通风方案实例,（2）秦岭隧道 为2座基本平行的单线隧道。 I线隧道全长18.64km，采用掘进机施工； II线隧道全长18.456km，采用钻爆法施工。 II线平导进口段全长9506米，并借助于斜井排风，采用两台风机间隔串联的压入式通风技术。 II线平导出口段全长8950米，压入式通风，配置大风量、高风压的通风设备及直径为1.3m的软风管，并利用竖井作为排风通风，解决了长距离的施工通风难题。,国内特长隧道施工通风方案实例,（3）乌鞘岭隧道 全长20050米，设计为两条单线隧道，隧道I、II线均采用钻爆法施工。全隧共设置了13个斜井、1个竖井，将隧道分为1
7、6个施工区段。最长的工作面的长度仅为3.1km，很好地避免了超长距离独头通风的难题。 （4）太行山隧道 双洞单线隧道，隧道左线全长27839米，右线全长为27848米。全隧道共设9个斜井，共11个工作面。隧道1号、2号斜井工区的独头长度均为3700米，配置直径为1.6m的软风管，采用压入式通风。,国内特长隧道施工通风方案实例,（5）关角特长隧道 32.645km，共设10座斜井。左右线在通过横通道连通前采用压入式通风，开辟横通道后采用混合式通风。 （6）辽宁省大伙房水库输水隧洞 全长85.3km，直径为8米，采用先进的全断面掘进机（TBM）施工，TBM施工段的独头通风距离约9km，在通风方案中
8、，首次采用了每段长度为300米的2.2米直径的通风软管。采用进口德国先进的通风机和通风软管，其风管的百米漏风率为0.55%，管道摩擦阻力系数为0.015。,实例,实例,实例,四、施工通风计算、设备选型与实施,4.1 基本假设条件： 假设空气无粘性 假设空气不可压缩 假设空气在隧道内流动是稳定流动 通过三个假设，就可以把隧道内的空气流动看成流体力学中所研究的理想不可压缩流体的稳定流动。可以采用流体力学的计算方法对隧道内的空气流动进行计算。 经过实践验证，上述假设对计算结果的准确性影响不大，可以满足施工的要求。,连续性方程：V1A11= V2A22已假设空气是不可压缩的，则1=2，所以Q1= Q2
9、 能量方程 可见理想状态下，没有任何能量损失，但在实际情况下，风管内壁、隧道洞壁粗糙，会有能量损失。公式如下：由于隧道高差较小Z1 Z2 ，势能差可忽略，管道内径变化不大时，V1V2，动能差可忽略，所以： P1-P2=h12。说明隧道内的压降等于两点处的静压之差。通风机所提供的全压（动压、静压之和）大于h12时，即可实现风流。,4.2 流体力学基本方程,需风量与施工方法、施工作业的机械配套条件关系很大，且在一个作业循环中，不同作业工序对风量的要求也有较大差别。进行风量计算的目的是为正确选择通风设备和为设计通风系统提供依据。 掘进工作面所需风量可按下列方法计算，并取其最大者作为供风标准。,4.3
10、 需风量计算,Q计=Max（Q1，Q2，Q3 ，Q4，Q5 ）,4.3 需风量计算,（1）按最低允许风速计算风量 计算公式：Q=vA 式中：v允许最低风速，m/s； A隧道断面积； （2）按施工隧道内的最多人数计算风量 计算公式：Q=kmq 式中：m隧道内最多人数； Q规范中规定每人每分钟消耗空气量，3m3/min； k风量备用系数，取1.2 （3）按稀释内燃机作业废气计算风量 计算公式：Q=NiA 式中： Ni洞内同时使用内燃机作业的总功率数，根据单管廊内燃设备及产生废气设备配置表，取为467.4kw； A 洞内同时使用内燃机每KW所需的风量，根据规范取4.5m3/min。,（4）按排除炮烟
11、计算风量 压入式通风的风量计算,式中： Q工作面风量，m3/min； t通风时间，min； G同时爆炸的炸药量，kg； A掘进巷道的断面积，m2； L巷道全长或临界长度，m； 淋水系数，查表选取； b炸药爆炸时的有害气体生成量，煤 层中爆破取100，岩层中爆破取40； P风管漏风系数。,4.3 需风量计算,抽出式通风风量计算 计算公式：式中符号意义同前。说明：以上公式只适用于爆破后立即开始通风的情况。否则，由于炮烟不断向外扩散，增大了炮烟区的容积，上述计算的风量将偏小，会延长通风排烟时间。,4.3 需风量计算,混合式通风风量计算在混合式通风系统中，使用2台工作方式不同的通风机，它们的风量应分别
12、计算。 压入式风机供到工作面的风量：式中：L抽出式风管口到工作面的距离，m；其余符号意义同前。抽出式风机从工作面抽走的风量：Q1=Q+Av 式中：v隧道内允许最低平均风速，m/min。其它符号意义同前。,4.3 需风量计算,4.3 需风量计算,（5）按瓦斯涌出量计算风量 计算公式：式中：,QCH4工作面瓦斯涌出量，m3/min；BC工作面允许瓦斯浓度，取0.5%；BPC送入工作面的风流中瓦斯的浓度；K瓦斯涌出不均衡系数，K=1.5-2。,4.4 通风阻力计算,（1）沿程通风阻抗力,h磨擦阻力，Pa； 壁面摩阻损失系数，无因次；L管道长，m； D管道直径，m； 流体密度，kg/m3； v管内平均
13、流速，m/s。,将 代入沿程损失系数公式得：上式说明，在供风量确定的情况下，通风磨擦阻力与管道长度成正比，与管道半径（直径）的5次方成反比。 众所周知，通风阻力风量=消耗功率，为了节能，就要降低通风阻力，而降低磨擦风阻最为有效的方式是加大风管直径。目前在长大隧道施工中多采用大直径风管，但风管直径受到制造技术、隧道洞径、绕避模板台车、安装等一系列条件的限制，往往不能过大，眼下多为1.52.0米。 目前，隧道通风往往占用隧道施工用电的大部分，通风耗电费用很高，往往也是造成通风不良的主要原因。,4.4 通风阻力计算,4.4 通风阻力计算,4.4 通风阻力计算,（2）局部阻力 实验表明，局部阻力可以表
14、示为动能的倍数，即：式中称为局部阻力系数。 在紊流的状态下，值只取决于巷道的粗糙度及几何形状，产生局部阻力的原因很复杂，只有几种情况的局部阻力系数可用理论计算，其余的只实测确定。常用的可在资料中查表选取。,4.4 通风阻力计算,光滑管道局部阻力系数,（3）交通通风阻力 计算公式：,根据以往算例，在当前隧道施工中，沿程阻力、局部阻力及交通通风阻力三者比较，沿程阻力占隧道全部阻力的绝大部分，局部阻力变化较大，不可忽视，交通通风阻力因行车速度低，车流量少，其值很小，可忽略。,4.4 通风阻力计算,主要设施：,风筒；,风机；,局扇。,附属设施：,电线电缆；,插座；,开关-,4.5 通风机设备选型,根据
15、计算的供风量选择通风机的功率，同时考虑空气流动性能、效率、节省能量、噪音、结构、方便安装等因素；并且在横通道、转角加宽段等部位增加相应数量的局部风扇。根据计算的系统所需风压选用风管，同时考虑风管的抗拉强度、伸长率、接头方式、方便安装使用、重量、径向变形等多种因素。,风机型号的选择按以下三个条件选定：通风机产生的风量不能小于理论计算风量；通风机直径不能与选取通风管直径相差太大；风机全压值管道总阻力（工作风压）。,4.5 通风机设备选型,4.5 通风机设备选型,风量Q=56m3/s风压P=1375Pa,施工需风量取以下几种情况的最大值： 按同一时间内爆破的最大炸药量计算所需空气量； 满足洞内最小风
16、速所需空气量； 满足洞内人员呼吸所需空气量； 稀释内燃机械废气所需空气量； 按有害气体浓度控制要求的空气量.,4.6 同济曙光软件中的施工通风模块,通风设备选型： 设置风管参数 风压计算 风机选型,4.6 同济曙光软件中的施工通风模块,五、高原高寒地区施工通风的特殊性,三低：气温低、山顶终年积雪，每年冬期时间长；气压低（隧道口气压为68Kpa，为海平面的60%）；含氧量低（大气含氧量为13.7%，为海平面的67%）。 内燃机械尾气排放高：由于含氧量低，燃烧不充分，废气排量比海平面增加可达50%左右。 通风机性能曲线差异大：实测排风量仅为标定排风量的68%，需要对风机的构造进行技术改造，主要是更换叶片、调整叶片角度。,五、高原高寒地区施工通风的特殊性,5.1 风机性能 高原地区因其海拔高、气压低的特点，风机性能较平原地区存在一定的差异。,风机全压为：,C1u,C2u叶道入口和出口气流的绝对速度在圆周速度方向的投影，称旋绕速度，m/s；,
